环氧树脂熔融共混改性

环氧树脂熔融共混改性

熔融共混改性是提高高分子材料力学性能的一种有效方法［1］。一般地，加入玻璃纤维和无机填料可以使聚合物材料的力学性能得到增强［2］，另有研究表明，PVC中加入一定量的环氧树脂，也可在一定程度上提高PVC的力学性能［3，4］。将功能化的环氧树脂加入到PET中，可增加其熔体强度，从而使其更适于挤出制备PET发泡材料［5］。此外，有研究者通过动态交联的方法，使环氧树脂均匀地分散到PP基体中，在一定程度上提高了PP的刚性和强度［6—8］，另有研究者对PP/碳纤维/环氧树脂复合材料的结构与性能进行了研究［9，10］。除PP外，聚烯烃中的另一个重要品种PE的应用日益广泛，但其力学强度较低，限制了它在工程材料方面的应用。许多研究者对PE的改性进行了研究［11］，而PE材料的力学性能很大程度上依赖于分子结构和形态结构［12，13］，因此对PE进行增强改性时可从这方面入手，所制得的增强材料适用于制作电子、汽车等领域对材料刚硬度要求较高的结构零件。本研究先后将马来酸酐和环氧树脂引入到PE中，通过熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料，并使环氧树脂和马来酸酐接枝PE发生官能团之间的反应，以期促进环氧树脂对PE 的增强效果。

1〃实验部分

1．1主要原料

HDPE(MH602):上海石化公司，熔体指数为6．0g/10min(190℃，21．6kg);环氧树脂(E-44):巴陵石化公司，环氧当量为210～

250g/eq，环氧值为0．40～0．47eg/100g，挥发份含量小于1．0%;聚酰胺固化剂(LM-650):镇江丹宝聚合物公司，分子量为600～1100，胺值为200±20;马来酸酐(MAH):广东西陇化工公司;过氧化二异丙苯(DCP):国药集团化学试剂厂。

1．2主要设备

双螺杆挤出机，SJSH-30，南京橡塑机械厂;双辊机:XSK-160，杭州苏桥佳迈机械设备有限公司;平板硫化机:KY6003，江都市开源试验机械厂;冲击实验机:XJJ-5，河北承德实验机公司;电子拉力实验机:RGD-5，深圳瑞格尔仪器有限公司;红外光谱仪:Spectrum One，美国PE公司;扫描电镜仪:JSM-6360LV，JEOL公司。

1．3样品制备

将PE，MAH，DCP和其它助剂按一定比例混合均匀，在双螺杆挤出机上将PE熔融接枝制成PE-g-MAH［14］。将PE-g-MAH(或PE)在双辊机上塑化，再加入一定比例的环氧树脂和聚酰胺固化剂的混合物，在双辊机上混炼均匀，前后辊温度分别为120℃和150℃。将制得的环氧树脂增强聚乙烯材料在平板硫化机上热压成片。

1．4测试与表征

力学性能测试:拉伸试验按GB/T1040-90进行;弯曲试验按GB/T9341-88进行;冲击试验按GB1043-93进行。

红外光谱分析:将PE-g-MAH热压成膜，在膜上涂一层环氧树脂和聚酰胺固化剂的混合物，待其固化后进行红外光谱仪测试，并与环氧树脂增强聚乙烯膜的红外光谱图进行对比分析。

扫描电镜观测:将样品在液氮中深冷后的脆断面真空镀金，用扫描电镜观察断面的形貌。

2〃结果与讨论

2．1力学性能

表1为纯聚乙烯和环氧树脂增强聚乙烯(PE/EP)的准静态力学性能。从表1可见，当EP含量为5%时，与未接枝化处理的纯PE直接与EP和固化剂共混的产品(2号样品)相比，接枝化处理的PE所制得的PE/EP材料(3号样品)力学性能较好，尤其是具有较好的断裂伸长率和冲击强度。这表明PE的接枝化处理能提高共混材料的力学性能，这与马来酸酐接枝对共混物的增容作用，即PE的接枝化处理促进了PE与EP的相容性有关［15］。

从表1可见，接枝化处理的PE所制得的PE/EP材料中(3，4，5，6号样品)，随着环氧树脂含量增加，PE/EP材料的弯曲强度逐渐增大，这表明环氧树脂的加入使PE的刚度得到了提高，这与环氧树脂本身

的刚硬特性有关。从表1可见，随着环氧树脂含量增加，PE/EP材料的的拉伸强度和断裂伸长率先增加后降低，这可能是由于少量的环氧树脂在PE/EP体系中发生了交联、固化的化学反应，从而增加了共混材料的抗拉强度，而环氧树脂含量过多时，可能使得体系内部变得不均匀。从表1可见，环氧树脂增强聚乙烯的冲击强度略低于纯PE(1号样品)，这可能与环氧树脂本身的脆性有关。从表1总体来看，环氧树脂含量在10%左右时，PE/EP材料的力学性能较好，尤其是弯曲强度比纯PE高出60%左右，表明PE/EP材料具有良好的刚硬度。2．2红外光谱分析

为探讨环氧树脂与PE-g-MAH之间的化学反应，我们对表面涂有聚酰胺固化的环氧树脂涂层的PE-g-MAH膜(样品A)进行了红外光谱分析，并与环氧树脂增强聚乙烯膜(样品B)的红外光谱图进行了对比分析，其结果如图1所示。由于环氧树脂涂层是在室温下涂到PE-g-MAH膜上的，而PE-g-MAH在室温下与环氧树脂之间不会发生反应，所以样品A的红外光谱图是PE-g-MAH的红外光谱与聚酰胺固化环氧树脂的红外光谱的简单叠加。环氧树脂增强聚乙烯制备时，环氧树脂与PE-g-MAH是在熔融状态下混合的，如果环氧树脂与PE-g-MAH 分子的MAH基团发生了反应，那么在样品B的红外光谱图中，不但包括PE-g-MAH的红外光谱与聚酰胺固化环氧树脂的红外光谱的简单叠加，并且应该包括环氧树脂与PE-g-MAH发生官能团间反应生成的官能团的红外光谱特征峰。因此，我们对比样品A和样品B的红外光谱图，可以对环氧树脂增强聚乙烯材料中环氧树脂与PE-g-MAH之间的

化学反应进行探讨。

由图1可见，样品A在916cm－1处有明显的环氧基团特征峰，而在样品B则没有观测到这个峰。这表明在熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料的过程中，环氧树脂的环氧基团发生了化学反应，并且基本反应完全，因此在样品B的红外光谱中没有观测到环氧基团的特征峰。由图1的结果还可以发现，样品A在1780cm－1处有明显的MAH 的C O特征峰，且在1562cm－1处有明显的聚酰胺固化剂的N-H 特征峰，而在样品B的红外光谱图中，聚酰胺固化剂的N-H特征峰基本消失，MAH的C O特征峰也很小。这表明在熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料的过程中，聚酰胺固化剂和MAH都发生了化学反应，聚酰胺固化剂反应的较为完全，MAH则只有一部分发生了反应。